大型強迫同步圓振動篩的研制與應用

黃 濤，蔣春輝，王來偉，高藝菲

(鞍山重型礦山機器股份有限公司，遼寧 鞍山 114042)

圓振動篩是原煤準備系統的關鍵設備之一，主要用于原煤分級。20世紀70年代，我國在大型篩分機的研制方面做了大量工作，在使用壽命、篩分效率等方面取得了很大進展[1]。根據振動器布置的不同，將其主要分為兩類，一種是振動器位于篩框中間的圓振動篩，另一種是振動器位于篩框上方的圓振動篩。常見的振動器位于篩框中間的圓振動篩為YA型圓振動篩[2-3]，其篩框結構緊湊，機械設計合理，大游隙軸承運轉溫升低，運行噪聲小，使用壽命長，安全可靠，易于維護；但振動參數小，處理能力低，無法滿足選煤廠對大型設備處理能力的要求。常見的振動器位于篩框上方的圓振動篩為YK型圓振動篩[2-3]，其能夠有效避免物料在入料端的堆積，并起到檢查篩分作用，處理能力較高；但篩機質量大，采購成本高，維修不便，無法實現大型化設計。

隨著選煤廠設計能力的不斷增大，要求原煤分級效率不斷提高，這就對圓振動篩的技術水平提出了更高要求。鑒于普通圓振動篩的篩分面積小、振動強度低，無法滿足當前選煤生產的需要，在對圓振動篩研制現狀分析的基礎上，研制出了大型強迫同步圓振動篩。

1 關鍵技術點的選取

針對目前普通圓振動篩存在的問題，確定了大型強迫同步圓振動篩的關鍵技術點，其中主要包括技術參數、設備材料、篩框結構、振動器結構。

1.1 技術參數的選取

振動篩的技術參數包括振幅、振次、篩面傾角等，這些參數直接影響篩機的篩分效率和處理能力[4-5]。目前，普通圓振動篩的雙振幅為9 mm，振次為750 r/min，篩面傾角為20°，結合生產需要和設計經驗，確定大型強迫同步圓振動篩的雙振幅為10 mm，振次為850 r/min，篩面傾角為20°。依據式(1)、式(2)、式(3)計算出其處理能力、篩面物料運動速度、振動強度，

Q=3 600B·H·v·γ,

(1)

(2)

(3)

式中:Q為處理能力，t/h；B為篩面寬度，m；H為料層厚度，m；γ為物料堆密度，t/m3；v為物料運動速度，m/s；K0為修正系數，計算中取0.1；A為振幅，mm；n為振次，r/min；α為篩面傾角，(°)；KV為振動強度，g；ω為角速度，rad/s；g為重力加速度，取9.80 m/s2。

通過計算可得出兩種振動篩的技術參數(表1)，對二者的技術參數對比發現，大型強迫同步圓振動篩的振動強度比普通圓振動篩的振動強度高42個百分點，物料運動速度高40個百分點，故大型強迫同步圓振動篩的篩分效率和處理能力大大提高。

表1 兩種振動篩的技術參數對比結果

1.2 設備材料的選取

1.2.1 整機材料的選取

在振動篩其它參數確定的條件下，如果篩面寬度增加1倍，則橫梁應變提高16倍，這說明振動篩篩面越寬，橫梁撓度變形越大[6]。振動篩的篩箱越長，其側板的橫向擺動變形量越大，這嚴重影響篩機運行的可靠性，導致其使用壽命縮短。在設計中過量加大橫梁和加厚板材，對于提高篩框的剛度和強度有一定幫助，但動力消耗就會增加，經濟性較差。

在設備材料選取上，傳統圓振動篩采用Q345鋼板，而大型強迫同步圓振動篩創新性地選取了高強度結構鋼板。這種專用特殊鋼板具有抗磨損、抗疲勞、耐腐蝕、壽命長的特點，在保證足夠的剛度和強度條件下，能夠使相同規格的振動篩主機質量明顯下降，有助于減輕振動慣性力對篩框的破壞。

大型強迫同步圓振動篩與普通圓振動篩所用材料的力學性能對比結果見表2。由表2可知：大型強迫同步圓振動篩的屈服強度、抗拉強度、疲勞強度更大，抵抗變形的能力和抵抗斷裂的能力更強，所以該篩機能夠承受更多沖擊次數，使用壽命更長。

表2 材料力學性能對比結果

1.2.2 篩板材料的選取

表1為5種參數化方案以及集合平均模擬的24 h、6 h和3 h累積降水的評估結果。對于24 h累積降水,距平相關系數和均方根誤差的值均變優。相對于最優的單方案結果,集成后的距平相關系數提高了2個百分點,均方根誤差降低了0.2 mm。從TS評分的結果可以看出,集成后對于中雨和暴雨的TS評分值改進較為明顯,優于最優的單方案,而小雨和大雨的TS值不如最優的單方案,但也僅次之。該結論與陳茂欽等(2012)對江淮和華南兩次暴雨過程進行多微物理方案的集成預報試驗的結論相一致,均得出多方案集成后結果較為優異且穩定的結論。

篩板使用壽命的長短不僅取決于篩面張緊程度，還與其結構形式和材料有關[7]。大型強迫同步圓振動篩的篩板(圖1)結構分為輕型和重型兩種。通常上層為重型篩板，采用錳鋼板或聚氨酯板沖孔而成[8]，篩孔尺寸在25～50 mm之間；下層為輕型篩板，采用鋼絲或聚氨酯編織而成[8]，篩孔尺寸在6～25 mm之間；篩孔形狀包括正方形、長方形、橢圓形等，根據物料情況而定。篩板長度均為1 220 mm，具有良好的通用性和互換性，性能可靠，使用壽命長。

1.3 篩框結構

篩框主要由側板、篩板支撐橫梁和縱梁組成，是安裝篩板、承載物料篩分的核心部件，其結構布置、剛度強弱均會影響大型振動篩的可靠性[9]。普通圓振動篩主要采用焊接加強筋的方式(圖2)對側板進行加固，篩板支撐橫梁選用無縫鋼管，支撐縱梁選用角鋼型材，這樣的結構設計易使焊接應力集中，此外無縫鋼管和角鋼厚度不均也會導致篩框薄弱處應力集中，進而導致篩框過早失效。

圖1 篩面結構圖

圖2 普通圓振動篩的焊接側板

大型強迫同步圓振動篩的側板結構采用整體折彎技術(圖3)，既能減輕篩框質量，又能增強其剛度和強度，且不存在焊接應力集中的問題，從而使彈性變形的可能性降至最低。橫梁采用矩形折彎結構設計，在尺寸相同的條件下，其與側板的接觸面積增大了27個百分點，且篩框的整體剛度提高。側板與所有橫梁全部采用冷鉚(虎克鉚釘)技術聯接，能夠有效避免氧氣切割和焊接產生的加熱和應力集中問題，從而避免焊接熱應力引起的側板變形和開裂缺陷，這為圓振動篩大型化的實現奠定了技術支持。

1.4 振動器結構

大型強迫同步圓振動篩選用兩組振動器，能夠減少激振器每個軸承的動載荷，延長軸承使用壽命。傳統的兩組振動器一般通過外接齒輪箱實現同步振動，故障率高，噪聲大；而大型強迫同步圓振動篩的兩組振動器之間通過同步齒形帶連接(圖4)，能夠有效保證兩組振動器同步振動，進而產生較大的激振合力，從而解決單振動器設計無法大型化的缺點。

圖3 大型強迫同步圓振動篩的折彎側板

`圖4 雙振動器同步齒形帶連接圖

普通圓振動篩的軸式振動器的偏心軸為實心，存在質量過大的問題，導致加工、安裝不便，振動器的負荷和設備能耗增加，生產成本過高[10]；對于大中型振動篩即使采用實心直軸，也不能減輕振動器的自身質量。大型強迫同步圓振動篩的振動器也為軸式結構，其選用輕型振動器(已獲專利技術，專利號為ZL200720142650.5)，內部主軸為空心直軸，振動器偏心軸質量小，總體質量輕，激振力增大，運行輕便而靈活，維護簡單，加工與生產成本均較低。

2 大型強迫同步圓振動篩

2.1 結構組成與工作原理

大型強迫同步圓振動篩(圖5)主要由篩箱、彈簧支撐裝置、電機傳動裝置、振動器等組成，兩組振動器均安裝于篩箱側板，物料進入篩面后與篩箱一起作為參振質量，在減振彈簧支撐下組成整個振動系統；每組振動器的軸上均有對稱、相等的偏心質量，在軸承的支撐作用下，經電動機傳動裝置驅動后產生激振力；兩組振動器之間采用同步齒形帶連接，能夠保證兩組振動器同步轉動，從而形成較大的激振合力，進而促使整個參振系統周期性的往復振動，其振動軌跡為圓形。

圖5 大型強迫同步圓振動篩結構示意圖

該振動篩的篩面采用傾斜方式布置，篩面傾角為20°。在篩面做圓振動時，物料被反復拋起而落下，同時向前滾動；小于篩孔尺寸的顆粒通過篩孔被分離到篩下，大于篩孔尺寸的顆粒繼續向前運動，最后從出料端排出，成為篩上物。

2.2 技術特點

從設計方案與現場應用效果來看，大型強迫同步圓振動篩具有如下技術特點：

(2)與普通圓振動篩相比，其振動強度高42個百分點，物料運動速度高40個百分點，篩分效率和處理能力均大大提高；根據物料性質和篩分需要選擇不同類型的篩板，能夠保證物料篩分的準確性和篩分效率。

(3)篩框的側板、橫梁和縱梁均采用整體折彎技術，并選用空心直軸輕型振動器，實現了振動篩的輕型化與高結構強度設計。

(4)減振系統采用內外彈簧組合技術和橫向彈簧阻尼技術，能夠避免振動篩工作時振動不穩定和橫向擺動問題。

2.3 型號與技術參數

優化的大型強迫同步圓振動篩的結構設計和振動參數滿足現場需求，能夠有效解決普通圓振動篩篩分面積小、處理能力小等問題。目前，該型振動篩已經形成系列化產品，設備的型號與技術參數見表3。

表3 大型強迫同步圓振動篩的型號與技術參數

注：生產能力是以煤為物料計算得到的。

3 應用實例

大型強迫同步圓振動篩主要用在原煤或其他礦石的干法篩分環節，其在工業現場的成功應用，不但使企業的生產能力大幅提升，而且帶來了顯著的經濟效益。2014年5月12日，準格爾旗弓家塔寶平灣煤炭有限責任公司選煤廠(處理能力為2.40 Mt/a)選用2YAQ3673大型強迫同步圓振動篩對原煤進行篩分，其上層篩孔尺寸為50 mm×50 mm，下層篩孔尺寸為20 mm×20 mm，處理能力為1 100 t/h。

在入選原煤粒度<100 mm，平均水分為8%的條件下，大型強迫同步圓振動篩的篩分效率為92%，完全能夠滿足選煤廠高效率、大處理能力的篩分要求；在實際生產過程中，該振動篩可以實現18 h/d的無故障運行，穩定性很高。

4 結語

為了提高大型強迫同步圓振動篩的性能，在篩

機研制過程中，引入了模態分析和運動分析兩種現代化設計方法對其進行優化和完善；在樣機制成后，建立了振動篩試驗臺，對其性能進行檢測。目前，該振動篩已在國內各大選礦廠(包括選煤廠)成功應用50余臺，生產實踐表明：該設備運行可靠，停機時間短，維修費用低，能夠大大提高生產效率。該振動篩的成功研制和應用，對于促進我國振動篩行業的技術進步具有積極意義。

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